17 Gabriel Martinez

Transcripción

17 Gabriel Martinez

Uso del método científico experimental en
los laboratorios de física de la FIME
Gabriel Martínez A., Rogelio G. Garza R., Alfonso González Z.*
ABSTRACT
The development and application of a didactic
methodology based on the Scientific Method for
the Physics Laboratory is presented in this work.
The results of a survey among the students show
that this methodology is considered the most
useful for their future professional development.
The positive feedback provided by both
students and teachers encourage the adoption
of this methodology in other laboratories.
Keywords: physics, education, laboratory, scientific
method.
INTRODUCCIÓN
La educación científica no debe limitarse a ser la
introducción en los cursos sino que, además, ha de
acercar al estudiante a los métodos y procedimientos
del trabajo científico.
Las prácticas de laboratorio de Física pueden y
deben constituir un momento propicio para que el estudiante se apropie de las herramientas metodológicas
que necesitará en el futuro, tanto para enfrentar actividades de la carrera, como tareas de su actividad profesional, en una sociedad del siglo XXI donde se exige
de cada profesionista, una actitud científica.
El presente trabajo tiene como objetivo mostrar algunos resultados obtenidos de la aplicación del Método Científico Experimental en las prácticas de laboratorio de Física, correspondientes a las materias de Mecánica Traslacional y Rotacional y a la de Ondas y
Calor, de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL.
DESARROLLO
En experiencias realizadas en varios países se pone
de manifiesto que cada vez es más frecuente utilizar
como guía los pasos del Método Científico Experimental.1 Algunos autores señalan la necesidad de cambiar el enfoque que se da al trabajo práctico proponiendo que los cursos de Física sean más orientados a
dar una imagen más real de la naturaleza del trabajo
científico.2 Otros autores destacan la necesidad de realizar las prácticas de diferentes tipos, desde “experiencias ilustrativas” hasta “investigaciones” diseñadas para que los estudiantes resuelvan problemas utilizando estrategias científicas.3
Es indiscutible que es una necesidad que al estudiante se le eduque en los métodos para desarrollar
investigaciones científicas, tomando en cuenta las necesidades de nuestra sociedad y, las cada vez mayores, exigencias para los futuros graduados.
En nuestro criterio las prácticas deben ser guiadas
por los pasos del Método Científico Experimental, que
sin ser una receta, le permite al estudiante una orientación de cómo debe desarrollar el trabajo para obte*
32
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, UANL.
Ingenierías, Octubre-Diciembre 2002, Vol. V, No. 17
Gabriel Martínez Alonso, Rogelio G. Garza Rivera, Alfonso González Zambrano
ner determinada regularidad y verificar cierta hipótesis planteada por él mismo. Para los fines de este trabajo
tomaremos como pasos del método4 los siguientes:
3. El trabajo en pequeños grupos, con discusiones y
elaboraciones conjuntas (aprendizaje colaborativo),
pero manteniendo una responsabilidad individual.
1) Planteamiento del problema a investigar.
4. Enfocar las actividades de tal manera que el estudiante pueda «construir» sus propios conocimientos.
2) Formulación de la hipótesis.
3) Diseño del experimento, para comprobar la
hipótesis
4) Desarrollo del experimento (observación y
mediciones).
5) Elaboración de datos del experimento.
6) Obtención de conclusiones (se cumplió o no
la hipótesis planteada).
7) Informe, oral y escrito, de la investigación
realizada.
Es importante destacar que este no es el único esquema de los pasos del Método Científico Experimental que puede plantearse, pero consideramos que es el
indicado para que los estudiantes no relacionados con
el mismo, puedan comprender de primera instancia las
fases más importantes de una investigación.
La forma concreta de desarrollar las prácticas debe
hacerse teniendo en cuenta las tendencias modernas
para la enseñanza de las Ciencias y la Física en particular, basadas en la mayoría de los casos en la tendencia constructivista,5 influenciada por aspectos de la
pedagogía soviética cuyo más reconocido exponente
es el psicólogo soviético L. Vigotsky.
Entre los aspectos más importantes introducidos
por esta tendencia podemos señalar:
1. Darle la posibilidad al estudiante de expresar sus
propias ideas y concepciones, que pueden ser o no
correctas.
2. La participación activa del estudiante en el proceso
de enseñanza aprendizaje.
Muchos autores de trabajos dedicados a ejemplificar aplicación de estas recomendaciones, nos dan algunas vías para lograr su realización en la práctica
docente. Saunders,6 por ejemplo, señala que algunas
de estas vías pueden ser el desarrollo de laboratorios
de tipo investigativo, donde no hay métodos recetados ni procedimientos preestablecidos para explorar
el fenómeno estudiado, donde se permite pensar en
voz alta, formular hipótesis alternativas, diseñar experimentos para comprobar estas hipótesis, etc.
El diseño de las prácticas, en nuestro caso, fue realizado de forma tal que al estudiante se le informa el
problema que tiene que resolver (primer paso del
Método) luego, como base orientadora de la acción,
se le indican los pasos del método mencionados anteriormente. Teniendo en cuenta que los estudiantes no
conocen algunos de los conceptos empleados (hipótesis, problema, etc.) se les proporciona una orientación breve de qué se requería de ellos en cada paso.
Luego de ésto se les permite trabajar en pequeños
equipos (4 ó 5 estudiantes), para que realicen los siguientes pasos del método. La primera tarea que debían resolver en el equipo era plantear la hipótesis que
diera respuesta a la interrogante planteada y que además
serviría de guía de trabajo a realizar. Con el planteamiento de hipótesis se busca que los estudiantes:
• Pongan en evidencia sus preconcepciones.
• Comprueben los conocimientos, sobre el tema
estudiado.
• Desarrollen el razonamiento, el análisis y la
síntesis.
• Desarrollen habilidades de solución de problemas.
Para la formulación de las hipótesis los equipos de-
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Uso del método científico experimental en los laboratorios de física de la FIME
ben trabajar en conjunto. Luego de formuladas las hipótesis el equipo debe diseñar el experimento para
la comprobación de la misma. El diseño del experimento permite desarrollar una serie de habilidades,
como:
• Identificación de variables significativas para una
situación.
• Selección de instrumentos y métodos de medición.
• Consolidación de conocimientos teóricos y su eva-
luación a través de situaciones experimentales.
• Vinculación con los objetivos del ingeniero, pues una
de sus funciones es diseñar equipos e instalaciones.
Por otra parte, aquí se provoca la necesidad de realizar una u otra medición y por tanto ya no se da el
caso de estudiantes que no saben por qué están midiendo tal o cual magnitud, ya que son ellos mismos
los que diseñan el esquema de medición.
Durante toda esta parte del trabajo el profesor se
limita a recorrer los puestos y responder a las
interrogantes que le planteen los estudiantes tratando
de intervenir lo menos posible. Si alguno de los equipos está detenido en algo, se le puede hacer alguna
pregunta sugestiva que les permita continuar el trabajo. No dar demasiadas orientaciones y limitar su intervención a veces resulta difícil para los profesores
acostumbrados a decirlo «todo», pero al final resulta
mucho más provechoso dejar que el estudiante piense
por sí mismo lo que desea «investigar» y cómo piensa
hacerlo.
plan de introducción de Metodologías de aplicación del
Método Científico Experimental, en las prácticas de
laboratorio de Física de la FIME, comenzando por el
laboratorio de Mecánica Traslacional y Rotacional. En
el primer semestre de la aplicación se desarrolló el
trabajo de preparación del material escrito de Mecánica Traslacional y Rotacional, que incluye el manual
para los estudiantes y un manual de apoyo para los
maestros. Estos materiales fueron confeccionados teniendo en cuenta la opinión de los maestros de la academia de dicha materia y su experiencia en la
impartición del laboratorio.
El planteamiento de las prácticas se hace, siempre
que es posible, partiendo de enfrentar al alumno a un
problema que debe resolver, en muchos casos un problema de tipo práctico y vinculado con el perfil de
Ingeniería. Este puede ser por ejemplo valorar la eficiencia de un sistema mecánico de poleas, determinar
la velocidad de rotación de una polea que guía una
banda transportadora u otro. Luego se le pide a los
alumnos que, en trabajo conjunto con su equipo, formulen una hipótesis posible de respuesta al problema
planteado. Aquí se trata de explorar las ideas que tienen los alumnos sobre estas situaciones físicas y ade-
Se ha visto entonces como en este diseño de prácticas, se tienen en cuenta las recomendaciones dadas en
la tendencia constructivista de permitir al estudiante expresar sus ideas, a través de la formulación de hipótesis,
de tener una participación activa, ya que no es guiado
constantemente por el profesor, de trabajar en pequeños
grupos para desarrollar la práctica y de construir sus
propios conocimientos a través de los resultados que
logre en la ejecución del trabajo experimental.
Desde agosto de 2000 se empezó a desarrollar un
34
En el caso del laboratorio de Ondas y Calor, la metodología utilizada fue la misma, con la característica de
que en este laboratorio se tratan temas diversos y el equipo utilizado es muy variado. Por ello en este caso se
realizaron una serie de seminarios antes de cada ciclo de
prácticas donde se les brindó a los maestros la información necesaria para desarrollar cada práctica y se les indicó la forma de operar con el equipamiento disponible
en el laboratorio. De la misma forma que se realizó en el
semestre anterior se confeccionó un material para los
maestros con la información necesaria.
Después de un año de aplicación de este método
en el laboratorio de Mecánica Traslacional y
Rotacional, que por segunda vez aplicó la metodología descrita, y el laboratorio de Ondas y Calor, que lo
aplicó por primera vez, era necesario realizar una evaluación de los resultados obtenidos sobre todo para
valorar la opinión de los estudiantes en cuanto al método descrito. Se debe señalar que en el laboratorio de
Ondas y Calor hubo contratiempos con algún
equipamiento, lo cual dificultó la aplicación de la
metodología en la forma planeada. La práctica de Sonido no se pudo efectuar por faltar el equipo.
EVALUACIÓN DE LOS ESTUDIANTES
Para evaluar la percepción de los estudiantes acerca
de la metodología aplicada en las prácticas de laboratorio se aplicó una encuesta a estudiantes de ambas
asignaturas. En el caso del laboratorio de Mecánica
Traslacional y Rotacional se tuvo una muestra de 153
estudiantes y en el caso de Ondas y Calor la muestra
fue de 317 estudiantes, que corresponden a un 12% y
un 25% del total de estudiantes en cada laboratorio.
La encuesta aplicada se diseñó con el objetivo
de evaluar:
• El tipo de práctica desarrollada, por los estudian-
tes, de acuerdo a su criterio.
• Su papel durante la práctica.
• El procedimiento seguido para la formulación de
hipótesis.
• El tipo de práctica que considera más útiles.
• La contribución del laboratorio al aprendizaje de la
Física.
Al aplicar la encuesta a estudiantes de las dos asignaturas se pudo realizar una comparación de resultados
entre ellas, así como entre los diferentes turnos de clase.
El siguiente gráfico muestra los resultados en %
acerca de la percepción que tienen los alumnos del
tipo de prácticas que desarrollaron, en las dos asignaturas. Se plantearon al alumno 4 opciones de respuesta:
A) Seguir detalladas instrucciones que le ha dado el
profesor.
B) Aplicar el Método Científico Experimental.
C) Trabajar según las instrucciones dadas en un manual.
D) Ninguna de las anteriores.
Mec Trasl
Tipo de prÆ
ctica
Ondas Cal
54.2
60.0
50.0
% respuestas
más fomentar el trabajo en equipo.
36.0
40.0
30.0
20.0
22.9
16.1
36.9
19.6
11.0
3.3
10.0
0.0
Instruc Prof.
Aplicar MCE
Instruc. Manual
Ninguna anteriores
Se observa que en Mecánica Traslacional y
Rotacional el 54.2 % de los encuestados plantea que
realizó las prácticas aplicando el Método Científico
Experimental, mientras que en Ondas y Calor solamente el 36 % da esta respuesta. En el laboratorio de
Ondas y Calor la mayoría (36.9 %) responde que siguió instrucciones del manual. Preocupa el hecho que
en Ondas y Calor un 11 % de las respuestas es «Ninguna de las anteriores», lo que indica que un número
35
de alumnos no pudo identificar el tipo de práctica que
estaban realizando.
La pregunta 2 se refería a la valoración, por parte
de los estudiantes, de su papel en el trabajo de laboratorio. Se daban 4 opciones de respuesta:
70.0
64.1
60.0
49.8
Las respuestas dadas en % del total de las muestras se ofrecen en la tabla siguiente.
50.0
40.0
30.0
20.0
23.3
22.2
13.6
M e c á ni c a
Tr a n s l . y
Rot.
O nd a s y
C alor
P asi vo
9.8
10.7
Observador
36.6
33.1
A cti vo
41.2
39.4
Investi gador
12.4
16.7
Se observa que el % de respuestas de activo es
mayoría en ambos laboratorios aún cuando todavía alrededor de un 10 % de los encuestados plantea que su
trabajo fue pasivo, lo cual es elevado. Asimismo el %
de respuestas de observador es también elevado. Debe
trabajarse más en lograr aumentar el trabajo activo o
investigador de los estudiantes en los laboratorios.
La tercera pregunta estaba referida al procedimiento utilizado para formular hipótesis durante las prácticas. Se incluía una posible respuesta de «Nunca Formulé Hipótesis», para vincularla con aquellos alumnos que no hubieran aplicado el Método Científico
Experimental. Las respuestas posibles eran:
36
Hacía una suposición.
Pensaba en mis conocimientos anteriores.
Nunca formulé hipótesis.
Discutía con mi equipo de trabajo y entre todos la
formulábamos.
13.2
11.1
10.0
A)
B)
C)
D)
Mec Trasl
Formulaci n de hip tesis
Ondas Cal
Pasivo.
Observador.
Activo.
Investigador.
% respuestas
A)
B)
C)
D)
Siendo las respuestas deseables la D, destacando
el carácter de trabajo en equipo, y la B para aquellos
que trabajaron solos. Las respuestas se muestran en
el siguiente gráfico.
2.6
0.0
Suposici n
Conoc. Anteriores
Nunca formul
Disc. Equipo
Puede concluirse que en el laboratorio de Mecánica Traslacional y Rotacional la mayoría de los estudiantes (64.1 %) formuló las hipótesis utilizando el trabajo en equipo, mientras que en Ondas y Calor este
resultado es menor (49.8 %). Preocupa el hecho de
que en el laboratorio de Ondas y Calor, un 13.2 % de
los estudiantes responde nunca haber formulado hipótesis, lo cual puede estar relacionado con el 11 % de
los estudiantes que en la pregunta 1 no pudieron identificar el tipo de práctica que realizaron. Estos resultados son un indicativo de que en determinados grupos,
de este laboratorio, no se aplicó la metodología del
Método Científico Experimental.
En la pregunta 4 se pide al estudiante que responda qué tipo de prácticas considera más útil para su
desarrollo profesional. Aquí se trata de obtener la opinión del estudiante acerca del tipo de práctica que está
acostumbrado, que más le agrada y si realmente pudo
apreciar la utilidad de las prácticas desarrolladas con
esta metodología. Las respuestas posibles eran:
A) Aquellas en las que me dicen todo lo que debo
hacer.
B) Las que me dan una lista detallada de instrucciones a cumplir.
C) En las que me proponen un problema y me piden
piense cómo resolverlo, aplicando el Método Científico Experimental.
D) Otras.
Las dos primeras respuestas se refieren a un tipo
tradicional de las prácticas donde se le dan al estudiante las instrucciones detalladas de lo que debe realizar. La respuesta C corresponde al Método Científico, partiendo de un problema al que debe dar solución. Las respuestas obtenidas en % del total de la
muestra, se ofrecen en la tabla siguiente.
Mecáni cOndas y
a Trasl. y
calor
Rot.
D i cen todo
0
2.5
Li sta detallada
6.5
10.1
Propone problema
y apli ca el método
ci entífi co
92.8
77.9
Otras
0.7
promiso de continuar la aplicación de esta metodología en laboratorios de materias futuras.
Por último se evaluó la opinión de los estudiantes
en cuanto a la contribución del laboratorio a su aprendizaje de la Física, dándole las posibles respuestas en:
A)
B)
C)
D)
Extraordinariamente.
Mucho.
Poco.
Nada.
Las respuestas dadas se muestran en el gráfico siguiente, de donde se puede concluir que si bien en
ambas materias la mayoría consideró que el laboratorio contribuyó mucho a su aprendizaje de la Física, en
el caso de Ondas y Calor se presenta que un 42 % de
los encuestados consideró que el laboratorio contribuyó poco o nada a su aprendizaje, lo cual es un
porciento elevado, mientras que en Mecánica
Traslacional y Rotacional este resultado fue sólo de
un 27.5 %.
Mec Trasl
Contribuci n del lab. al aprendizaje
Ondas Cal
9.5
70.0
62.7
% respuestas
60.0
Es muy alentador que en la mayoría de los casos
las respuestas de los estudiantes coinciden que las prácticas más útiles para su desarrollo profesional, son aquellas en que plantean la aplicación del Método Científico. En el laboratorio de Mecánica Traslacional y
Rotacional esta respuesta es de un 92.8 % y en el de
Ondas y Calor de un 77.9 %. En este último debe
recordarse que la aplicación del Método fue reportada solamente por el 36 % de los estudiantes, lo que
parece indicar que aún cuando no todos aplicaron el
Método Científico, hay estudiantes que prefieren este
tipo de actividad. Obsérvese además que en el caso de
Mecánica Traslacional y Rotacional ningún estudiante responde que las prácticas en las cuales le dicen
todo lo que debe hacer son las más útiles y sólo el 0.7
% responde que prefiere otras prácticas. El resultado
de esta pregunta es muy alentador y plantea un com-
52.1
50.0
40.0
34.7
30.0
21.6
20.0
10.0
9.2
5.9
5.7
7.3
0.0
Extraordinario
Mucho
Poco
Nada
En el caso de Mecánica un 71.9% consideró que
la contribución a su aprendizaje fue mucha o extraordinaria y sólo un 5.9 % valoró nula la contribución.
Podemos relacionar este resultado con la aplicación
más efectiva del Método Científico en el Laboratorio
de Mecánica Traslacional y Rotacional.
Este aspecto puede considerarse como una motivación más para la aplicación de este método en las
prácticas de laboratorio, pues cuando se le da más in-
37
dependencia al estudiante es cuando más útil resulta
la actividad para su aprendizaje.
3) Formulación de hipótesis:
A) Hacían una suposición.
12.5 %
B) Pensaban en sus conocimientos
EVALUACIÓN DE LOS MAESTROS
Con el objetivo de conocer la opinión de los maestros que impartieron las clases de laboratorio se realizó una encuesta de opinión entre 8 maestros de Mecánica Traslacional y Rotacional y Ondas y Calor.
Se le pidió su opinión sobre 4 aspectos similares a
la encuesta de los estudiantes. Los resultados se muestran a continuación, con el % de las respuestas en cada
caso:
1) Tipo de práctica desarrollado:
A) Siguiendo detalladas instrucciones.
37.5%
B) Observador.
25 %
C) Activo.
25 %
D) Investigador.
entre todos la formulaban.
37.5 %
12.5 %
75 %
4) Prácticas que considera más útiles para el desarrollo profesional de sus estudiantes:
A) Aquellas en las que le dicen todo
0%
B) Las que le dan una lista detallada
12.5 %
C) En las que le dan un problema y
les piden resolverlo con el MCE
12.5 %
0
D) Discutían con su equipo y
de instrucciones a cumplir.
62.5%
2) Trabajo de los estudiantes:
A) Pasivo.
C) Nunca formularon hipótesis.
lo que debe hacer.
B) Aplicando el Método Científico
Experimental
anteriores.
%
D) Otras.
87.5 %
0%
Como se observa, las opiniones de los maestros
coincide con las de los alumnos , la mayoría plantea
que: (1) desarrolló las prácticas siguiendo el Método
Científico, (2) evalúan el papel de sus estudiantes entre Investigador y Activo, (3) formulaban las hipótesis en discusión con sus compañeros y (4) consideran
las prácticas más útiles para el desarrollo profesional
de los estudiantes las que aplican el Método Científico a partir de un problema dado.
Preocupa todavía el hecho que un 12.5 % de las
respuestas (3) plantea que no se formularon hipótesis
y también consideran como las prácticas más útiles
(4) aquellas en las que se dan detalladas instrucciones
a seguir por los estudiantes.
Entre los criterios planteados por los maestros
están:
1) Brigadas con un excesivo número de estudiantes lo
cual dificultaba el trabajo.
38
2) Aún los estudiantes tienen problemas con los conocimientos elementales para el desarrollo del trabajo del laboratorio.
3) El manejo del equipo a veces resulta dificultoso.
4) Continuar con los cursos de capacitación a maestros.
En general se puede evaluar que la aceptación de
los maestros al método de impartición de las prácticas de laboratorio es buena y en algunas encuestas
plantean continuar con el método en los siguientes
cursos.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Teniendo en cuenta la información presentada podemos llegar a las siguientes conclusiones:
1) La mayoría de los estudiantes desarrollaron las prácticas de laboratorio siguiendo una metodología acorde con el Método Científico Experimental.
2) La opinión de los estudiantes en cuanto al tipo de
prácticas que considera más útiles coincide en ser
las del tipo de plantearles un problema a resolver
aplicando el Método Científico.
3) Es necesario fortalecer aún más el trabajo en esta
dirección en ambos laboratorios.
4) Los maestros coinciden con los estudiantes que
este tipo de prácticas de laboratorio es más útil para
el desarrollo profesional de los estudiantes y se continúe con su aplicación.
5) Debido a lo anterior se recomienda continuar con
el seguimiento de esta aplicación en los laboratorios de Mecánica Traslacional, Ondas y Calor,
Electromagnetismo y Física Moderna.
6) Implementar el Método Científico Experimental en
todos los laboratorios de nuestra Facultad.
REFERENCIAS
1. García Barros S., Martínez Losada C. y Mondelo
Alonso M., “Hacia la Innovación de las Actividades Prácticas desde la Formación del Profesorado”, Enseñanza de las Ciencias, Vol. 16, No. 2,
1998, 353 – 366.
2. Hodson D., “Laboratory work as scientific method:
three decades of confusion and distortion”, J. of
Curriculum Studies, Vol. 28, No. 2, 1996, 115 – 135.
3. A.H. Johnstone and A. Al-Shuaili, “Learning in
the laboratory; some thoughts from the literature”,
U. Chem. Educ., No. 5, 2001, 42 – 51.
4. Riveros H., Rosas L., “El Método Científico aplicado a las Ciencias Experimentales”, Ed. Trillas,
México, 1991.
5. Crowther D.T., Editorial, Electronic Journal of
Science Education, Vol. 2, No. 2, December 1997.
6. Saunders W. “The constructivist perspective:
Implications and teaching strategies for
science”, School Science and Mathematics, 92
(3) 1992, 136 . 141.
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17 Gabriel Martinez

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